IBM Research Albany Nanotech Center é um modelo para imitar o CHIPS Act

Com a aprovação da Lei CHIPS+ pelo Congresso e sua iminente assinatura pelo Presidente dos Estados Unidos, muita atenção tem sido dada à construção de novos megasites de fabricação de semicondutores pela Intel, TSMC e Samsung. Mas além do lado de fabricação do negócio de semicondutores, há uma necessidade significativa de investir em áreas relacionadas, como pesquisa, treinamento de talentos, desenvolvimento de pequenas e médias empresas e cooperação acadêmica. Recentemente, tive a oportunidade de visitar um excelente exemplo de uma instalação que integra todos esses outros aspectos da fabricação de chips em uma estreita parceria entre indústria, governo e acadêmico. Essa parceria já dura mais de 20 anos em Albany, Nova York, onde a IBM Research tem um centro de nanotecnologia localizado ao lado do campus Albany da Universidade Estadual de Nova York (SUNY). Com um investimento significativo do Estado de Nova York por meio da agência de desenvolvimento New York Creates NY CREATES, a IBM, em estreita parceria com várias universidades e parceiros do setor, está desenvolvendo tecnologias de processo de semicondutores de última geração em laboratórios de trabalho para a próxima geração de chips de computador.

O centro oferece uma instalação exclusiva para pesquisa de semicondutores – seu ambiente aberto facilita a colaboração entre os principais fornecedores de equipamentos e materiais, pesquisadores, engenheiros, acadêmicos e fornecedores de EDA. Atualmente, a IBM tem uma parceria de fabricação e pesquisa com a Samsung Electronics e uma parceria de pesquisa foi anunciada com a Intel no ano passado. Os principais fornecedores de fabricação de chips, como ASML, KLA e Tokyo Electric (TEL), têm equipamentos instalados e estão trabalhando ativamente com a IBM desenvolvendo processos avançados e metrologia para tecnologias de ponta.

Essas instalações não são baratas. São necessários bilhões de dólares de investimento e muitos anos de pesquisa para alcançar cada novo avanço. Por exemplo, o portão de metal High-k levou 15 anos para entrar em produtos; o transistor FinFET, essencial hoje, levou 13 anos; e o transistor de próxima geração, o gate-all-around/nano sheet, que a Samsung está colocando em produção agora, estava em desenvolvimento há 14 anos. Além disso, o custo de fabricação de chips em cada novo nó de processo está aumentando de 20 a 30% e os custos de P&D estão dobrando para o desenvolvimento de cada nó. Para continuar apoiando esse desenvolvimento estratégico, é preciso haver uma parceria entre indústria, academia e governo.

IBM faz o investimento

Você pode perguntar por que a IBM, que vendeu suas instalações de fabricação de semicondutores ao longo dos anos, está tão envolvida nessa pesquisa profunda e cara. Bem, por um lado, a IBM é muito, muito boa no desenvolvimento de processos de semicondutores. A empresa foi pioneira em várias tecnologias críticas de semicondutores ao longo das décadas. Mas ser bom em uma tecnologia não paga as contas, então a segunda motivação da IBM é que a empresa precisa da melhor tecnologia para seus próprios computadores Power e Z. Para esse fim, a IBM está focada principalmente em desenvolvimentos que suportam computação de alto desempenho e processamento de IA.

Fornecedores e parceiros estratégicos adicionais ajudam a dimensionar essas inovações além da contribuição da IBM. O melhor equipamento dos fornecedores de equipamentos de classe mundial fornece um banco de testes para os parceiros experimentarem e aprimorarem a tecnologia de ponta. A IBM, juntamente com seus parceiros de equipamentos, construiu equipamentos especializados onde necessário para experimentar além dos recursos do equipamento padrão.

Mas a IBM só terá sucesso se puder transferir a tecnologia dos laboratórios para a produção. Para isso, a IBM e a Samsung vêm trabalhando em estreita colaboração no desenvolvimento de processos e na transferência de tecnologia.

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O NanoTech Center se encaixa com o CHIPS Act, pois permitirá que os Estados Unidos desenvolvam liderança em tecnologias de fabricação. Também pode permitir que empresas menores testem tecnologias inovadoras nesta instalação. O atual edifício fabuloso está funcionando 24/7/365 e é altamente utilizado, mas há espaço para construir outro edifício que pode dobrar significativamente o espaço da sala limpa. Há também um plano para um edifício que será capaz de suportar a próxima geração de equipamentos ASML EUV chamados high NA EUV.

O futuro é vertical

O site de Albany também é um centro de pesquisa de tecnologia chiplet. À medida que o dimensionamento de semicondutores diminui, soluções de empacotamento exclusivas para chips multidie se tornarão a norma para computação de alto desempenho e eficiência energética. A IBM Research tem um programa ativo de desenvolvimento de tecnologias exclusivas de empilhamento 2.5D e 3D. Hoje, o substrato preferido para a construção desses chips multidie ainda é feito de silício, com base na disponibilidade de ferramentas e conhecimento de fabricação. Ainda existem etapas de processo únicas que devem ser desenvolvidas para lidar com o processamento especializado, incluindo técnicas de descolagem a laser.

A IBM também trabalha com fabricantes de equipamentos de teste porque a construção de estruturas 3D com chiplets apresenta alguns desafios de teste exclusivos. Os fornecedores de EDA de terceiros também precisam fazer parte do processo de desenvolvimento, porque o objetivo final do design baseado em chiplet é poder combinar chips de diferentes nós de processo e diferentes fundições.

Hoje a tecnologia de chiplet é embrionária, mas o futuro absolutamente precisará dessa tecnologia para construir a próxima geração de hardware de data center. A é uma situação em que a economia e a tecnologia estão se unindo no momento certo.

Sumário

O Albany NanoTech Center é um modelo para a indústria de semicondutores e demonstra uma maneira de reunir pesquisadores de várias disciplinas e várias organizações para avançar na tecnologia de semicondutores de última geração. Mas esse modelo também precisa ser ampliado e replicado em toda a América do Norte. Com mais financiamento e mais escala, também é preciso haver uma força de trabalho adequadamente qualificada. É aqui que os EUA precisam fazer investimentos em educação STEM a par com a Corrida Espacial do final da década de 1950 e sites como Albany, que oferecem P&D no desenvolvimento de processos de ponta que devem inspirar mais alunos a entrar em física, química e engenharia elétrica e não para construir a próxima startup de criptomoedas.

_{A Tirias Research rastreia e presta consultoria para empresas em todo o ecossistema eletrônico, de semicondutores a sistemas e sensores à nuvem. Membros da equipe da Tirias Research prestaram consultoria para IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung e outras fundições.}